CN110899587A - 一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法，其能解决现有胫骨平台人工关节植入物的精密锻造方法不能很好的适用于底板上下端面均要求精锻的胫骨平台加工，且各工步变形量分配通用性较差的问题。其包括下料、闭式镦粗成型、闭式正挤压预锻成型、闭式正挤压终锻成型。

Description

一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法

技术领域

本发明涉及人工关节锻造加工领域，具体为一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法。

背景技术

胫骨平台人工关节植入物为人体膝关节中胫骨平台损伤后的替代物，可以通过手术进行植入从而恢复关节功能，提高患者生活质量。

图1和图2为一种胫骨平台人工关节植入物的结构示意图，其包括杆部1、翼部2和底板3，底板的侧面开有U形槽4，底板上端面5有花纹6，底板下端面7有凹槽8，其中杆部1、翼部2以及底板下端面7为主要承力部位。

目前胫骨平台人工关节植入物绝大部分为模锻件，其锻造过程包括下料、制坯、预锻、终锻，模锻一般是杆部及翼部的脱模角比较大，一般为3°或以上，脱模角越大，形成的余料越多，且工件整体留有1mm~2mm的余量，最后需通过数控机械加工、抛光等方法将产品加工到符合设计要求。这种方法加工的胫骨平台，由于主要承力部位需要经过后期机械加工，故破坏了锻造金属流线的完整性，导致其抗拉强度、屈服强度等力学性能降低，使用寿命降低，并且，此种加工方式材料利用率低，制造周期长，生产成本较高。

公开号为CN110369654A的发明专利公开了一种钛合金胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其采用精密锻造加工胫骨平台，主要成型工步为闭式镦粗成型、闭式正挤压预锻成型和开式正挤压终锻成型，能够实现胫骨平台杆部粗圆柱段、翼部和底板上平面等关键承力部位的无切削加工成型，从而保证锻造金属流线沿工件轮廓完整顺畅的分布，提高工件的抗拉强度、屈服强度等力学性能，延长工件使用寿命，提高生产效率，生产成本低。但是，此种精密锻造方法仍存在以下缺点：1）其终锻采用开式锻造，会在终锻件的底板一周形成飞边，并且对于底板上、下端面均要求精锻的胫骨平台，开式锻造无法同时完成底板上下端面的精锻，以图1和图2中底板上端面有花纹、下端面有凹槽的胫骨平台为例，开式锻造无法保证凹槽精度，必须辅以机加工，这样就破坏了锻造金属流线的完整性，降低底板承力性能；2）其各工步中对杆部、翼部和底板的变形量分配不能适用大部分的胫骨平台，通用性较差。

发明内容

针对现有胫骨平台人工关节植入物的精密锻造方法不能很好的适用于底板上下端面均要求精锻的胫骨平台加工，且各工步变形量分配通用性较差的技术问题，本发明提供了一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法，其能同时成型胫骨平台底板上下精锻面，且各工步变形量设计合理，通用性强。

其技术方案是这样的：一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、下料，根据胫骨平台的体积确定所需棒料长度和直径，将医用植入物棒材下料，并将棒料上下两端倒圆角；

步骤2、闭式镦粗成型，将棒料进行闭式镦粗成型获得镦头件，镦头件不成型杆部和翼部，其法向投影轮廓为近似方形且包括两侧直边轮廓、前侧轮廓以及背侧轮廓，所述前侧轮廓上带有U形槽且其单侧开口角为100°~120°，所述前侧轮廓的两端与两侧所述直边轮廓的连接处倒圆角，且其圆角半径为5mm~8mm；所述背侧轮廓的弧度与终锻件的底板背侧轮廓弧度一致；镦头件的法向投影区域覆盖预锻件的杆部和翼部沿相同方向投影的区域；镦头件的侧壁与底面转接处倒圆角，且其圆角半径为5mm~10mm；镦头件尾部末端允许留有成型产生的尾部余料；锻造方向沿棒料轴线向下；

步骤3、闭式正挤压预锻成型，将步骤2中的镦头件进行闭式正挤压预锻成型获得预锻件，使预锻件的底板轮廓尺寸较终锻件的底板轮廓尺寸小1mm~2mm，底板体积较终锻件的底板体积加大5%~10%，底板侧面U形槽的单侧开口角与终锻件的相同，底板下端面为未成型凹槽的平面，底板上端面为未成型花纹的平面；预锻件的翼部和杆部与终锻件的翼部和杆部一致；预锻件的杆部、翼部与底板转接一周倒圆角，且其圆角半径为2mm~4mm；底板上端面与侧面倒圆角，且其圆角半径为2mm~4mm；预锻件的杆部末端允许留有余料；锻造方向沿杆部轴线向下；

步骤4、闭式正挤压终锻成型，将步骤3中的预锻件进行闭式正挤压终锻成型获得终锻件，终锻件的底板上、下端面轮廓同时达到成品要求，底板一周侧面拔模角为1°~3°；终锻件的杆部和翼部与成品的杆部和翼部一致，终锻件的杆部、翼部与底板转接一周倒圆角，且其圆角半径为1mm~2mm；终锻件的杆部末端允许留有余料，锻造方向沿杆部轴线向下。

其进一步特征在于：

步骤1中，棒料上下两端倒圆角处的圆角半径为2mm~5mm。

步骤2中，闭式镦粗成型的过程为，将棒料放入电炉内加热至始锻温度，保温使棒料热透，取出立即放入镦粗模具的阴模中进行闭式镦粗成型，镦粗模具的阴模的拔模角为0.1°~0.3°，镦粗模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.1mm~0.3mm。

步骤3中，闭式正挤压预锻成型的过程为，将步骤2中的镦头件放入电炉内加热至始锻温度，保温使镦头件热透，取出立即放入预锻模具的阴模中进行闭式正挤压预锻成型，预锻模具的阴模的拔模角为0.1°~0.3°，预锻模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.1mm~0.3mm。

步骤4中，闭式正挤压终锻成型的过程为，将步骤3中的预锻件放入电炉内加热至终锻温度，保温使预锻件热透，取出立即放入终锻模具的阴模中进行闭式正挤压终锻成型，终锻模具的阴模的拔模角为0.05°~0.25°，终锻模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.05mm~0.25mm，终锻模具的冲头的形状轮廓与成品的底板下端面形状轮廓一致。

步骤1与步骤2之间、步骤2与步骤3之间还包括喷涂防氧化涂层工步，喷涂防氧化涂层的方法为，将工件加热至150℃~200℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.04mm~0.10mm。

喷涂防氧化涂层工步之前以及和步骤4之前还包括表面处理工步，表面处理的方法为钢砂抛丸。

本发明的有益效果是：

本发明的胫骨平台锻造方法，区别于现有精密锻造方法中采用开式正挤压终锻成型，而是采用闭式正挤压终锻成型，从而可实现胫骨平台底板上、下端面的同时精密锻造成型，且不会产生飞边，既保证了金属流线的完整性，提高底板承力性能，又避免了去飞边工艺，节省了切边模的制造成本，提高生产效率，同时，本发明的三个主要成型工步中，镦粗成型时不成型杆部和翼部，预锻成型时直接成型杆部和翼部，终锻成型时成型底板，各工步变形量分配更加合理，可适用于大部分形状结构的胫骨平台精密锻造成型，通用性高。

附图说明

图1为胫骨平台人工关节植入物的整体结构示意图；

图2为胫骨平台人工关节植入物的仰视图；

图3为本发明方法的主要成型工步图；

图4为本发明实施例1中制得的胫骨平台的晶相显微照片；

图5为本发明实施例1中制得的胫骨平台的宏观扫描照片。

附图标记：

1-杆部；2-翼部；3-底板；4-U形槽；5-底板上端面；6-花纹；7-底板下端面；8-凹槽；9-尾部余料；10-棒料；

20-镦头件；21-直边轮廓；22-前侧轮廓；23-背侧轮廓；24-镦头件的U形槽；

30-预锻件；31-预锻件的底板；32-预锻件的杆部；33-预锻件的翼部；34-预锻件的U形槽；35-预锻件的底板下端面；36-预锻件的底板上端面；

40-终锻件；41-终锻件的底板；42-终锻件的杆部；43-终锻件的翼部；44-终锻件的底板上端面；45-终锻件的底板下端面。

具体实施方式

见图1至图3，本发明的一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法，其包括以下步骤：

步骤1、下料，根据胫骨平台的体积确定所需棒料10长度和直径，将医用植入物棒材下料，并将棒料10上下两端分别倒圆角，且圆角半径R1=2mm~5mm；

步骤2、表面处理，通过钢砂抛丸去除棒料10表面的接刀痕和切削液；

步骤3、喷涂防氧化涂层，将棒料10加热至150℃~200℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.04mm~0.10mm；

步骤4、闭式镦粗成型，将棒料10进行闭式镦粗成型获得镦头件20，闭式镦粗成型的过程为，将棒料10放入电炉内加热至始锻温度，保温使棒料10热透，取出立即放入镦粗模具的阴模中进行闭式镦粗成型，镦粗模具的阴模的拔模角为0.1°~0.3°，镦粗模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.1mm~0.3mm；镦头件20不成型杆部和翼部，其法向投影轮廓为近似方形且包括两侧直边轮廓21、前侧轮廓22以及背侧轮廓23，前侧轮廓22上带有U形槽24且其单侧开口角α为100°~120°，前侧轮廓22的两端与两侧直边轮廓21的连接处倒圆角，且其圆角半径R2=5mm~8mm；背侧轮廓23的弧度与终锻件的底板41背侧轮廓弧度一致；镦头件20的法向投影区域覆盖预锻件的杆部32和翼部33沿相同方向投影的区域；镦头件20的侧壁与底面转接处倒圆角，且其圆角半径R3=5mm~10mm；镦头件20尾部末端允许留有成型产生的尾部余料9；锻造方向沿棒料10轴线向下；

步骤5、表面处理，通过钢砂抛丸去除镦头件20表面的防氧化涂层；

步骤6、喷涂防氧化涂层，将镦头件20加热至150℃~200℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.04mm~0.10mm；

步骤7、闭式正挤压预锻成型，将步骤6中的镦头件20进行闭式正挤压预锻成型获得预锻件30，闭式正挤压预锻成型的过程为，将镦头件20放入电炉内加热至始锻温度，保温使镦头件热透，取出立即放入预锻模具的阴模中进行闭式正挤压预锻成型，预锻模具的阴模的拔模角为0.1°~0.3°，预锻模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.1mm~0.3mm；预锻件的底板31轮廓尺寸较终锻件的底板41轮廓尺寸小1mm~2mm，预锻件的底板31体积较终锻件的底板41体积加大5%~10%，预锻件的底板31侧面的U形槽34的单侧开口角β与终锻件40的相同，预锻件的底板下端面35为未成型凹槽8的平面，预锻件的底板上端面36为未成型花纹6的平面；预锻件的翼部33和杆部32与终锻件的翼部43和杆部42一致；预锻件的杆部、翼部33与底板31转接一周倒圆角，且其圆角半径R4=2mm~4mm；预锻件的底板上端面36与侧面倒圆角，且其圆角半径R5=2mm~4mm；预锻件的杆部32末端允许留有尾部余料9；锻造方向沿杆部轴线向下；

步骤8、表面处理，通过钢砂抛丸去除预锻件30表面的防氧化涂层；

步骤9、闭式正挤压终锻成型，将步骤8中的预锻件30进行闭式正挤压终锻成型获得终锻件40，闭式正挤压终锻成型的过程为，将预锻件30放入电炉内加热至终锻温度，保温使预锻件30热透，取出立即放入终锻模具的阴模中进行闭式正挤压终锻成型，终锻模具的阴模的拔模角为0.05°~0.25°，终锻模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.05mm~0.25mm，终锻模具的冲头的形状轮廓与成品的底板下端面7形状轮廓一致；终锻件的底板上端面44和底板下端面45轮廓同时达到成品要求（即终锻件的底板上端面44成型有花纹6，底板下端面45成型有凹槽8），终锻件的底板41一周侧面拔模角θ为1°~3°；终锻件的杆部42和翼部43与成品的杆部1和翼部2一致，终锻件的杆部、翼部43与底板41转接一周倒圆角，且其圆角半径R6=1mm~2mm；终锻件的杆部42末端允许留有尾部余料9，锻造方向沿杆部轴线向下。

图3中由左至右依次为下料工步、闭式镦粗成型工步、闭式正挤压预锻成型工步和闭式正挤压终锻成型工步，同一工步中上方视图为中间视图的仰视图，下方视图为中间视图的俯视图。

下面以几个具体实施例详细说明本发明的锻造方法。

实施例1

步骤1、下料，将医用φ40mm的Ti6Al4V合金棒料用圆盘锯下料，下料长度45mm，且圆角半径R1=2mm；

步骤2、表面处理，通过钢砂抛丸去除棒料10表面的接刀痕和切削液；

步骤3、喷涂防氧化涂层，将棒料10加热至150℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.04mm；

步骤4、闭式镦粗成型，将棒料10进行闭式镦粗成型获得镦头件20，闭式镦粗成型的过程为，将棒料10放入电炉内加热至920℃，保温35min使棒料10热透，取出立即放入镦粗模具的阴模中进行闭式镦粗成型，镦粗模具的阴模的拔模角为0.1°，镦粗模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.1mm；镦头件20不成型杆部和翼部，其法向投影轮廓为近似方形且包括两侧直边轮廓21、前侧轮廓22以及背侧轮廓23，前侧轮廓22上带有U形槽24且其单侧开口角α为100°，前侧轮廓22的两端与两侧直边轮廓21的连接处倒圆角，且其圆角半径R2=5mm；背侧轮廓23的弧度与终锻件的底板41背侧轮廓弧度一致；镦头件20的法向投影区域覆盖预锻件的杆部32和翼部33沿相同方向投影的区域；镦头件20的侧壁与底面转接处倒圆角，且其圆角半径R3=5mm；镦头件20尾部末端允许留有成型产生的尾部余料9；锻造方向沿棒料10轴线向下；

步骤5、表面处理，通过钢砂抛丸去除镦头件20表面的防氧化涂层；

步骤6、喷涂防氧化涂层，将镦头件20加热至150℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.04mm；

步骤7、闭式正挤压预锻成型，将步骤6中的镦头件20进行闭式正挤压预锻成型获得预锻件30，闭式正挤压预锻成型的过程为，将镦头件20放入电炉内加热至920℃，保温35min使镦头件热透，取出立即放入预锻模具的阴模中进行闭式正挤压预锻成型，预锻模具的阴模的拔模角为0.1°，预锻模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.1mm；预锻件的底板31轮廓尺寸较终锻件的底板41轮廓尺寸小1mm，预锻件的底板31体积较终锻件的底板41体积加大5%，预锻件的底板31侧面的U形槽34的单侧开口角β与终锻件40的相同，预锻件的底板下端面35为未成型凹槽8的平面，预锻件的底板上端面36为未成型花纹6的平面；预锻件的翼部33和杆部32与终锻件的翼部43和杆部42一致；预锻件的杆部、翼部33与底板31转接一周倒圆角，且其圆角半径R4=2mm；预锻件的底板上端面36与侧面倒圆角，且其圆角半径R5=2mm；预锻件的杆部32末端允许留有尾部余料9；锻造方向沿杆部轴线向下；

步骤8、表面处理，通过钢砂抛丸去除预锻件30表面的防氧化涂层；

步骤9、闭式正挤压终锻成型，将步骤8中的预锻件30进行闭式正挤压终锻成型获得终锻件40，闭式正挤压终锻成型的过程为，将预锻件30放入电炉内加热至850℃，保温15min使预锻件30热透，取出立即放入终锻模具的阴模中进行闭式正挤压终锻成型，终锻模具的阴模的拔模角为0.05°，终锻模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.05mm，终锻模具的冲头的形状轮廓与成品的底板下端面7形状轮廓一致；终锻件的底板上端面44和底板下端面45轮廓同时达到成品要求（即终锻件的底板上端面44成型有花纹6，底板下端面45成型有凹槽8），终锻件的底板41一周侧面拔模角θ为1°；终锻件的杆部42和翼部43与成品的杆部1和翼部2一致，终锻件的杆部、翼部43与底板41转接一周倒圆角，且其圆角半径R6=1mm；终锻件的杆部42末端允许留有尾部余料9，锻造方向沿杆部轴线向下。

本实施例中加工制得的胫骨平台，其晶相显微照片如图4所示，从相图中可以看出，组织结构为均匀的两相组织（其中白色棉花团状的为α相，其余为β相），β相边界无连续的网状α相，无有粗大的、被拉长的α相，工件晶粒结构相似，符合产品设计要求。

图5为本实施例制成的胫骨平台使用EPSON perfection V850 pro扫描仪拍摄的宏观结构照片（刻蚀剂为Kroll试剂），可以看出，锻造金属流线沿工件轮廓完整顺畅的分布，无穿流和涡流，符合产品设计要求。

对本实施例制成的胫骨平台进行室温拉伸力学性能检测结果见表1，可以看出，其力学性能明显高于设计要求，证明该胫骨平台具有优异的力学性能，使用寿命长。

实施例2

步骤1、下料，将医用φ35mm的Ti6Al4V合金棒料用圆盘锯下料，下料长度40mm，且圆角半径R1=3.5mm；

步骤2、表面处理，通过钢砂抛丸去除棒料10表面的接刀痕和切削液；

步骤3、喷涂防氧化涂层，将棒料10加热至175℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.07mm；

步骤4、闭式镦粗成型，将棒料10进行闭式镦粗成型获得镦头件20，闭式镦粗成型的过程为，将棒料10放入电炉内加热至930℃，保温30min使棒料10热透，取出立即放入镦粗模具的阴模中进行闭式镦粗成型，镦粗模具的阴模的拔模角为0.2°，镦粗模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.2mm；镦头件20不成型杆部和翼部，其法向投影轮廓为近似方形且包括两侧直边轮廓21、前侧轮廓22以及背侧轮廓23，前侧轮廓22上带有U形槽24且其单侧开口角α为110°，前侧轮廓22的两端与两侧直边轮廓21的连接处倒圆角，且其圆角半径R2=6.5mm；背侧轮廓23的弧度与终锻件的底板41背侧轮廓弧度一致；镦头件20的法向投影区域覆盖预锻件的杆部32和翼部33沿相同方向投影的区域；镦头件20的侧壁与底面转接处倒圆角，且其圆角半径R3=7.5mm；镦头件20尾部末端允许留有成型产生的尾部余料9；锻造方向沿棒料10轴线向下；

步骤5、表面处理，通过钢砂抛丸去除镦头件20表面的防氧化涂层；

步骤6、喷涂防氧化涂层，将镦头件20加热至175℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.07mm；

步骤7、闭式正挤压预锻成型，将步骤6中的镦头件20进行闭式正挤压预锻成型获得预锻件30，闭式正挤压预锻成型的过程为，将镦头件20放入电炉内加热至930℃，保温30min使镦头件热透，取出立即放入预锻模具的阴模中进行闭式正挤压预锻成型，预锻模具的阴模的拔模角为0.2°，预锻模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.2mm；预锻件的底板31轮廓尺寸较终锻件的底板41轮廓尺寸小1.5mm，预锻件的底板31体积较终锻件的底板41体积加大7.5%，预锻件的底板31侧面的U形槽34的单侧开口角β与终锻件40的相同，预锻件的底板下端面35为未成型凹槽8的平面，预锻件的底板上端面36为未成型花纹6的平面；预锻件的翼部33和杆部32与终锻件的翼部43和杆部42一致；预锻件的杆部、翼部33与底板31转接一周倒圆角，且其圆角半径R4=3mm；预锻件的底板上端面36与侧面倒圆角，且其圆角半径R5=3mm；预锻件的杆部32末端允许留有尾部余料9；锻造方向沿杆部轴线向下；

步骤8、表面处理，通过钢砂抛丸去除预锻件30表面的防氧化涂层；

步骤9、闭式正挤压终锻成型，将步骤8中的预锻件30进行闭式正挤压终锻成型获得终锻件40，闭式正挤压终锻成型的过程为，将预锻件30放入电炉内加热至875℃，保温15min使预锻件30热透，取出立即放入终锻模具的阴模中进行闭式正挤压终锻成型，终锻模具的阴模的拔模角为0.15°，终锻模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.15mm，终锻模具的冲头的形状轮廓与成品的底板下端面7形状轮廓一致；终锻件的底板上端面44和底板下端面45轮廓同时达到成品要求（即终锻件的底板上端面44成型有花纹6，底板下端面45成型有凹槽8），终锻件的底板41一周侧面拔模角θ为2°；终锻件的杆部42和翼部43与成品的杆部1和翼部2一致，终锻件的杆部、翼部43与底板41转接一周倒圆角，且其圆角半径R6=1.5mm；终锻件的杆部42末端允许留有尾部余料9，锻造方向沿杆部轴线向下。

对本实施例制成的胫骨平台进行室温拉伸力学性能检测结果见表1，可以看出，其力学性能明显高于设计要求，证明该胫骨平台具有优异的力学性能，使用寿命长。

实施例3

步骤1、下料，将医用φ30mm的Ti6Al4V合金棒料用圆盘锯下料，下料长度40mm，且圆角半径R1=5mm；

步骤2、表面处理，通过钢砂抛丸去除棒料10表面的接刀痕和切削液；

步骤3、喷涂防氧化涂层，将棒料10加热至200℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.10mm；

步骤4、闭式镦粗成型，将棒料10进行闭式镦粗成型获得镦头件20，闭式镦粗成型的过程为，将棒料10放入电炉内加热至940℃，保温25min使棒料10热透，取出立即放入镦粗模具的阴模中进行闭式镦粗成型，镦粗模具的阴模的拔模角为0.3°，镦粗模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.3mm；镦头件20不成型杆部和翼部，其法向投影轮廓为近似方形且包括两侧直边轮廓21、前侧轮廓22以及背侧轮廓23，前侧轮廓22上带有U形槽24且其单侧开口角α为120°，前侧轮廓22的两端与两侧直边轮廓21的连接处倒圆角，且其圆角半径R2=8mm；背侧轮廓23的弧度与终锻件的底板41背侧轮廓弧度一致；镦头件20的法向投影区域覆盖预锻件的杆部32和翼部33沿相同方向投影的区域；镦头件20的侧壁与底面转接处倒圆角，且其圆角半径R3=10mm；镦头件20尾部末端允许留有成型产生的尾部余料9；锻造方向沿棒料10轴线向下；

步骤5、表面处理，通过钢砂抛丸去除镦头件20表面的防氧化涂层；

步骤6、喷涂防氧化涂层，将镦头件20加热至200℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.10mm；

步骤7、闭式正挤压预锻成型，将步骤6中的镦头件20进行闭式正挤压预锻成型获得预锻件30，闭式正挤压预锻成型的过程为，将镦头件20放入电炉内加热至940℃，保温25min使镦头件热透，取出立即放入预锻模具的阴模中进行闭式正挤压预锻成型，预锻模具的阴模的拔模角为0.3°，预锻模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.3mm；预锻件的底板31轮廓尺寸较终锻件的底板41轮廓尺寸小2mm，预锻件的底板31体积较终锻件的底板41体积加大10%，预锻件的底板31侧面的U形槽34的单侧开口角β与终锻件40的相同，预锻件的底板下端面35为未成型凹槽8的平面，预锻件的底板上端面36为未成型花纹6的平面；预锻件的翼部33和杆部32与终锻件的翼部43和杆部42一致；预锻件的杆部、翼部33与底板31转接一周倒圆角，且其圆角半径R4=4mm；预锻件的底板上端面36与侧面倒圆角，且其圆角半径R5=4mm；预锻件的杆部32末端允许留有尾部余料9；锻造方向沿杆部轴线向下；

步骤8、表面处理，通过钢砂抛丸去除预锻件30表面的防氧化涂层；

步骤9、闭式正挤压终锻成型，将步骤8中的预锻件30进行闭式正挤压终锻成型获得终锻件40，闭式正挤压终锻成型的过程为，将预锻件30放入电炉内加热至900℃，保温15min使预锻件30热透，取出立即放入终锻模具的阴模中进行闭式正挤压终锻成型，终锻模具的阴模的拔模角为0.25°，终锻模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.25mm，终锻模具的冲头的形状轮廓与成品的底板下端面7形状轮廓一致；终锻件的底板上端面44和底板下端面45轮廓同时达到成品要求（即终锻件的底板上端面44成型有花纹6，底板下端面45成型有凹槽8），终锻件的底板41一周侧面拔模角θ为3°；终锻件的杆部42和翼部43与成品的杆部1和翼部2一致，终锻件的杆部、翼部43与底板41转接一周倒圆角，且其圆角半径R6=2mm；终锻件的杆部42末端允许留有尾部余料9，锻造方向沿杆部轴线向下。

对本实施例制成的胫骨平台进行室温拉伸力学性能检测结果见表1，可以看出，其力学性能明显高于设计要求，证明该胫骨平台具有优异的力学性能，使用寿命长。

表1 本发明3个实施例制得的胫骨平台力学性能

Claims (7)

1.一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、下料，根据胫骨平台的体积确定所需棒料长度和直径，将医用植入物棒材下料，并将棒料上下两端倒圆角；

步骤2、闭式镦粗成型，将棒料进行闭式镦粗成型获得镦头件，镦头件不成型杆部和翼部，其法向投影轮廓为近似方形且包括两侧直边轮廓、前侧轮廓以及背侧轮廓，所述前侧轮廓上带有U形槽且其单侧开口角为100°~120°，所述前侧轮廓的两端与两侧所述直边轮廓的连接处倒圆角，且其圆角半径为5mm~8mm；所述背侧轮廓的弧度与终锻件的底板背侧轮廓弧度一致；镦头件的法向投影区域覆盖预锻件的杆部和翼部沿相同方向投影的区域；镦头件的侧壁与底面转接处倒圆角，且其圆角半径为5mm~10mm；镦头件尾部末端允许留有成型产生的尾部余料；锻造方向沿棒料轴线向下；

步骤3、闭式正挤压预锻成型，将步骤2中的镦头件进行闭式正挤压预锻成型获得预锻件，使预锻件的底板轮廓尺寸较终锻件的底板轮廓尺寸小1mm~2mm，底板体积较终锻件的底板体积加大5%~10%，底板侧面U形槽的单侧开口角与终锻件的相同，底板下端面为未成型凹槽的平面，底板上端面为未成型花纹的平面；预锻件的翼部和杆部与终锻件的翼部和杆部一致；预锻件的杆部、翼部与底板转接一周倒圆角，且其圆角半径为2mm~4mm；底板上端面与侧面倒圆角，且其圆角半径为2mm~4mm；预锻件的杆部末端允许留有余料；锻造方向沿杆部轴线向下；

步骤4、闭式正挤压终锻成型，将步骤3中的预锻件进行闭式正挤压终锻成型获得终锻件，终锻件的底板上、下端面轮廓同时达到成品要求，底板一周侧面拔模角为1°~3°；终锻件的杆部和翼部与成品的杆部和翼部一致，终锻件的杆部、翼部与底板转接一周倒圆角，且其圆角半径为1mm~2mm；终锻件的杆部末端允许留有余料，锻造方向沿杆部轴线向下。

2.根据权利要求1所述的一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法，其特征在于：步骤1中，棒料上下两端倒圆角处的圆角半径为2mm~5mm。

3.根据权利要求1所述的一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法，其特征在于：步骤2中，闭式镦粗成型的过程为，将棒料放入电炉内加热至始锻温度，保温使棒料热透，取出立即放入镦粗模具的阴模中进行闭式镦粗成型，镦粗模具的阴模的拔模角为0.1°~0.3°，镦粗模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.1mm~0.3mm。

4.根据权利要求1所述的一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法，其特征在于：步骤3中，闭式正挤压预锻成型的过程为，将步骤2中的镦头件放入电炉内加热至始锻温度，保温使镦头件热透，取出立即放入预锻模具的阴模中进行闭式正挤压预锻成型，预锻模具的阴模的拔模角为0.1°~0.3°，预锻模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.1mm~0.3mm。

5.根据权利要求1所述的一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法，其特征在于：步骤4中，闭式正挤压终锻成型的过程为，将步骤3中的预锻件放入电炉内加热至终锻温度，保温使预锻件热透，取出立即放入终锻模具的阴模中进行闭式正挤压终锻成型，终锻模具的阴模的拔模角为0.05°~0.25°，终锻模具的冲头与阴模的配合间隙为单面0.05mm~0.25mm，终锻模具的冲头的形状轮廓与成品的底板下端面形状轮廓一致。

6.根据权利要求1所述的一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法，其特征在于：步骤1与步骤2之间、步骤2与步骤3之间还包括喷涂防氧化涂层工步，喷涂防氧化涂层的方法为，将工件加热至150℃~200℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.04mm~0.10mm。

7.根据权利要求6所述的一种精密胫骨平台人工关节植入物的锻造成型方法，其特征在于：喷涂防氧化涂层工步之前以及和步骤4之前还包括表面处理工步，表面处理的方法为钢砂抛丸。

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